Recharge rapide et entretien des cellules frittées au NiCd destinées aux moteurs électriques

1. étanche
au gaz 2. indépendant
de la position 3. à charge
rapide 4. faible résistance
interne 5. léger (modèles réduits d'avions)
6. peu coûteux
7. aussi résistant et facile à manipuler que possible

Des cellules présentant ces caractéristiques sont actuellement proposées par plusieurs entreprises (VARTA, General Electric, SAFT, Sanyo, Daimon, etc.) sous différentes appellations commerciales, dans des capacités de 0,5 Ah, 0,75 Ah, 1,2 Ah et 1,8 Ah. La pile de 1,2 Ah est actuellement la plus couramment utilisée. Toutes les considérations suivantes se rapportent donc à cette pile. Avec les facteurs de conversion appropriés, ce qui précède s'applique toutefois également aux autres piles.

Pour une meilleure compréhension de ce qui suit, voici les termes et abréviations les plus courants utilisés dans le domaine des batteries NiCd :

1. Tension U, mesurée en volts (V) ou en millivolts (mV)
2. Courant I, mesuré en ampères (A) ou en milliampères (mA)
3. Résistance R, mesurée en ohms (Ω) ou en milliohms (mΩ)
4. Puissance P, mesurée en watts (W) ou en milliwatts (mW)
5. Capacité de la pile, mesurée en ampères-heures (Ah) ou en milliampères-heures (mAh)

Ces grandeurs sont liées entre elles par les relations suivantes :

1. La loi d'Ohm : U = I · R
2. La loi de la puissance : P = U · I
3. La capacité nominale d'une cellule chargée à 100 % correspond à la quantité de courant pouvant être prélevée au cours d'un temps de décharge déterminé. Au niveau international, la durée de décharge a été fixée à une heure pour les cellules à charge rapide. En Europe, on utilise une durée de décharge de cinq heures pour les cellules à charge rapide et de dix heures pour les cellules non compatibles avec la charge rapide.
4. Le taux de charge et de décharge correspond au courant qui circule pendant un temps donné lors de la charge ou de la décharge. En raison des différentes définitions de la capacité nominale, on distingue le taux C (international) et les taux I5 et I1₀. Le taux C correspond à l’intensité en ampères lors d’une charge ou d’une décharge d’une durée d’une heure ; sa valeur numérique est égale à la capacité nominale de la cellule en Ah, c'est-à-dire que le taux C d'une cellule d'une capacité nominale de 1,2 Ah est égal à 1,2 A. Ce courant peut être prélevé pendant une heure sur une cellule de 1,2 Ah entièrement chargée.

Le taux I5 d’une cellule d’une capacité nominale de 1,2 Ah correspond à un courant de 0,24 A = 240 mA (= 1,2 A : 5). Ce courant peut être prélevé sur une cellule chargée à 100 % pendant cinq heures.

Le taux _I10 d'une cellule de 1,2 Ah correspond à un courant de 0,12 A = 120 mA (1,2 A : 10). Ce courant peut être prélevé sur cette cellule pendant dix heures. Les différents taux de charge ou de décharge sont liés par les rapports suivants :

1 taux C = 5,0 taux I5 = 10 · taux
I10 ou encore
_I10 = 0,1 C = 0,2 · _I5 et I5 = 0,2 C = 2 · _I10

En raison du rendement, tous les temps de charge sont environ 40 % plus longs que les temps de décharge. On distingue trois types de charge :

Charge avec un courant de charge de 0,2 à 0,3 C ou de 2 · _I10 à 3 · _I10. La cellule supporte généralement ces courants de charge en continu, de sorte que la durée de charge n'a pas besoin d'être strictement limitée ; par exemple, une charge d'une RSH 1,2 à 0,2 C pendant sept heures ou plus correspond à une charge normale.

Lorsque les courants de charge sont supérieurs à 0,3 C, la durée de charge doit être limitée en fonction du courant de charge. Il est nécessaire de surveiller les charges accélérées à l'aide d'une minuterie. Une charge de 0,5 C correspond à un courant de charge de 0,6 A. La durée de charge en heures est alors égale à (1,4 : taux de charge en C), soit, dans le cas présent, 1,4 : 0,5 = 2,8 heures.

On parle généralement de charge rapide lorsque le temps de charge est inférieur à une heure. La charge d'une demi-heure est la plus courante. Dans ce cas, la cellule (batterie) est déchargée jusqu'à 0,9–1,0 V/cellule. La recharge rapide s'effectue ensuite à l'aide d'un câble résistif adapté, pendant une demi-heure, à un courant de 2 C. Pour une cellule de 1,2 Ah, cela correspond à un courant de charge de 2,4 A, fourni par une source d'alimentation appropriée, le plus souvent une batterie de véhicule. La charge doit être interrompue exactement au bout d’une demi-heure, faute de quoi il faut craindre des dommages irréversibles aux cellules. Il existe désormais des chargeurs automatiques qui épargnent à l’amateur la peine de la décharge préalable et du contrôle du temps.

Après 5 à 10 charges rapides d’une batterie, il convient d’effectuer une charge normale à 0,2 à 0,3 C, d’une durée d’environ cinq à sept heures. Avant d’utiliser la batterie, il faut ensuite la recharger à 2 C pendant deux à cinq minutes.

Si plus d'une demi-heure s'écoule entre la charge rapide et l'utilisation, recharger à nouveau pendant deux à quatre minutes à 2 C ; procéder de la même manière pour les batteries chargées automatiquement en mode rapide.

Les batteries fortement déchargées doivent être rechargées immédiatement ! Si elles ne doivent pas être réutilisées tout de suite, une recharge de quelques minutes suffit pour ramener les cellules à leur tension normale.

Ne rechargez pas immédiatement les batteries chaudes, mais laissez-les d'abord refroidir jusqu'à ce qu'elles soient tièdes au toucher !

Pour garantir une charge sans problème, il est indispensable que toutes les cellules de la batterie soient identiques. Ne connectez pas entre elles des cellules provenant de fabricants différents ! Ne rechargez pas rapidement ensemble des cellules chargées et des cellules non chargées.

Anomalie
1. Une cellule s'échauffe :
2. La batterie ne se charge pas :
3. La batterie se charge, mais ne maintient pas la tension sous charge :

Cause et solution
: Cellule défectueuse ! La remplacer.
Rupture dans le câblage, mauvaise connexion ou autre problème similaire. Vérifier les cellules une par une ! Vérifier le câblage !

Branchez les cellules vides ou la batterie vide sur un chargeur rapide et mesurez immédiatement la tension de chaque cellule. Les cellules en bon état présentent une tension d’environ 1,2 à 1,4 V au début de la charge rapide. Si la tension affichée est supérieure ou égale à 1,6 V, la cellule n’est plus adaptée à un fonctionnement à courant élevé ! Il est recommandé de répéter ce contrôle de temps à autre.

Dans presque tous les cas, la capacité de la batterie intégrée est suffisante pour recharger sans difficulté la batterie de bord du modèle cinq à dix fois, à condition que la batterie du véhicule soit en bon état. Il est recommandé d’entretenir régulièrement la batterie du véhicule afin d’éviter toute mauvaise surprise.

La tension de la batterie du véhicule doit être comprise entre environ 12,5 et 13 V à vide ; elle ne doit pas descendre en dessous de 12 V lorsqu’elle est sollicitée par un chargeur rapide, sinon le démarrage du véhicule serait compromis. Votre électricien automobile réglera votre régulateur de charge à la valeur optimale ; cela ne prend que quelques minutes et vous évitera des heures de tracas en cas de batterie à plat.

Examinons tout d'abord les possibilités de charge d'une cellule frittée NiCd RSH 1,2. Il ressort de la fiche technique n° 1 que ces cellules peuvent être chargées comme suit :

Ces valeurs choisies au hasard montrent clairement que la capacité diminue à mesure que le courant augmente, c'est-à-dire que plus la charge électrique est élevée, plus la durée de fonctionnement relative est courte.
Si l'on examine ensuite la tension de la cellule sous les courants ci-dessus (feuille de courbes n° 2), on constate que la tension utile diminue également à mesure que la charge augmente.
Enfin, la feuille de courbes n° 3 nous indique l’évolution de la tension de la cellule en fonction de la température. À mesure que la température augmente, la tension diminue, en moyenne de -4 mV/°C .
Ce sont là les caractéristiques les plus importantes d’une cellule. Elles permettent désormais de déterminer les données de fonctionnement possibles.
Le courant qu’une cellule peut fournir n’est théoriquement limité que par sa résistance interne. Cela signifie qu’un court-circuit d’une cellule chargée ou d’une batterie peut avoir des conséquences considérables. Dans la pratique, on évitera toutefois autant que possible de tels courants, car la cellule s'échauffe très rapidement, ce qui entraîne une baisse de la tension et du rendement en capacité, voire la destruction de la cellule à des températures supérieures à 60 °C .
Comme le montre la fiche technique n° 1, il est possible de prélever des courants allant jusqu’à 12 A en continu jusqu’à la décharge complète de la cellule. Pour des courants plus élevés, l’échauffement ne permet plus qu’un fonctionnement par intermittence.
Nous savons désormais que l’augmentation du courant prélevé sur une cellule ne peut se faire qu’au détriment de la capacité utile. Si l’on ne souhaite pas accepter cette contrainte, il faut augmenter la tension pour accroître la puissance, c’est-à-dire utiliser davantage de cellules par batterie.

Supposons qu’un moteur électrique doive fonctionner pendant neuf minutes et qu’une puissance électrique (puissance de la batterie) de 120 W soit disponible.

D'après la feuille de courbes n° 1, on constate que le courant moyen peut alors atteindre 6 A. La capacité utile (disponible) est de 0,9 Ah. Pour un courant de 6 A et une puissance disponible de 120 W, il faut une tension de 120 : 6 = 20 V . La courbe n° 2 indique que la tension d'une cellule à 6 A est de 1,17 volt.

Il en résulte un nombre de cellules de 20 : 1,17 = 17 cellules.

On dispose d'un moteur qui nécessite une puissance d'entrée de 150 W pour une tension de 10 V. Combien de cellules faut-il et combien de temps le moteur fonctionnera-t-il avec ces cellules ? À partir de la puissance et de la tension du moteur, on calcule le courant nécessaire : 150 W : 10 V = 15 A. Le tableau 1 indique une durée de fonctionnement d'environ 3,2 minutes. Comme cette durée se situe déjà en dehors de la plage de fonctionnement continu, un fonctionnement ininterrompu n'est pas autorisé.

D'après la courbe n° 2, on obtient une tension par cellule de 1,05 volt pour un courant de charge de 15 A. Pour atteindre la tension du moteur de 10 V, il faut donc 10 : 1,05 = 10 cellules.

Pour finir, il convient de souligner que certaines conditions préalables sont nécessaires pour travailler sur les moteurs électriques. Tout comme le moteur à combustion interne nécessite une batterie de démarrage et un dispositif de ravitaillement, les moteurs électriques requièrent un voltmètre. Celui-ci doit avoir une plage de mesure de 3 à 5 V, ainsi que d’autres plages allant jusqu’à environ 30 V. Il doit également comporter une plage de résistance pour les tests de continuité et permettre de mesurer les vitesses de rotation. Pour compléter l'équipement, il faut encore un chronomètre.
Les mesures de courant s'effectuent de préférence de manière indirecte à l'aide du chronomètre et de la feuille de courbes n° 1.
Attention : soyez prudent lors des mesures à l’arrêt ! Les moteurs bien réglés ne supportent pas un fonctionnement à l’arrêt, car la consommation de courant y est bien plus élevée qu’en fonctionnement normal.
Il est déconseillé à ceux qui ne connaissent pas les règles les plus élémentaires de l’électrotechnique ou qui ne sont pas disposés à les acquérir de s’intéresser aux moteurs électriques. Tous les autres modélistes prendront certainement beaucoup de plaisir à utiliser leur moteur électrique de nouvelle génération et constateront bientôt que, malgré ses inconvénients par rapport au moteur à combustion, le moteur électrique présente certains avantages essentiels, tels que l’absence de problèmes de projection, l’absence de salissures sur les modèles ; la motorisation électrique peut être arrêtée et redémarrée à tout moment, elle ne génère ni vibrations, ni odeurs et ne produit qu'un bruit minimal. Il serait toutefois erroné de croire que la motorisation électrique pourrait supplanter le moteur à combustion dans un avenir proche. La motorisation électrique s’est toutefois taillé une place dans le modélisme et est bien décidée à la conserver.

Les nouvelles technologies en cours de développement permettront de réduire le rapport puissance/poids des batteries rechargeables. Il est encore trop tôt pour dire si cela aura des répercussions pour nous, et si oui, quand. L'industrie automobile déploie actuellement des efforts considérables en faveur de la voiture électrique. Si ceux-ci aboutissent, le modélisme en tirera profit.